Lý giải 'nút thắt cổ chai' của robot hình người
Hamed Rajabi, Giám đốc Nhóm nghiên cứu Trí tuệ cơ học (MI), Đại học South Bank London vừa chỉ ra những điểm nghẽn trong việc phát triển robot hình người.
Theo Rajabi, xem robot Atlas của Boston Dynamics tập luyện các động tác hình thể, hay những robot hình người của Figure đang cặm cụi nhét quần áo vào máy giặt, thật dễ để tin rằng “cuộc cách mạng robot” đã thực sự đến gần.
Từ bên ngoài, người ta có thể nghĩ rằng thách thức duy nhất còn lại chỉ là hoàn thiện phần mềm trí tuệ nhân tạo (AI), để những cỗ máy này có thể thích ứng trọn vẹn với môi trường đời thực.
Tồn tại nút thắt cổ chai
Nhưng với các tập đoàn lớn trong ngành, họ hiểu rằng có một vấn đề sâu xa hơn. Trong lời kêu gọi hợp tác nghiên cứu gần đây, bộ phận robot của Sony đã chỉ ra một “nút thắt cổ chai” đang cản trở chính sản phẩm của họ.
Sony cho rằng những robot hình người hay robot mô phỏng động vật hiện nay chỉ có một số lượng khớp hạn chế, dẫn đến “sự chênh lệch rõ rệt giữa chuyển động của robot và đối tượng mà chúng bắt chước, khiến giá trị thực sự bị suy giảm nghiêm trọng”.
Hãng kêu gọi phát triển các “cấu trúc linh hoạt mới” – nói cách khác là những cơ thể vật lý thông minh hơn – để tạo ra sự uyển chuyển động học vốn đang thiếu hụt.
Cốt lõi của vấn đề là phần lớn robot hiện nay được thiết kế theo triết lý “bộ não trung tâm”. Tất cả đều vận hành dựa trên phần mềm điều khiển tập trung. Cách tiếp cận này khiến robot trở thành những cỗ máy cứng nhắc, phi tự nhiên.
Một vận động viên có thể di chuyển nhịp nhàng, hiệu quả nhờ cơ thể là sự hòa điệu của hàng loạt khớp linh hoạt, cột sống dẻo và gân đàn hồi. Trong khi đó, robot hình người chỉ là tập hợp những khối kim loại và động cơ, gắn với nhau bằng các khớp có biên độ hạn chế.
Để chống lại chính trọng lượng và quán tính cơ thể, robot buộc phải thực hiện hàng triệu điều chỉnh nhỏ, tiêu tốn năng lượng khổng lồ, chỉ để không… ngã nhào. Vì vậy, ngay cả những robot tiên tiến nhất cũng chỉ có thể hoạt động vài giờ trước khi cạn pin.
Ví dụ, robot Optimus của Tesla tiêu thụ khoảng 500 watt mỗi giây cho một bước đi đơn giản. Trong khi đó, con người có thể đi nhanh, gắng sức hơn nhưng chỉ cần khoảng 310 watt mỗi giây. Nghĩa là Optimus ngốn nhiều hơn gần 45% năng lượng cho một nhiệm vụ còn đơn giản hơn – sự lãng phí đáng kể.
Khi tiến bộ trở thành… bế tắc
Điều này có nghĩa toàn bộ ngành công nghiệp đang đi sai hướng? Về cốt lõi, đúng là như vậy. Một cơ thể phi tự nhiên sẽ đòi hỏi một “bộ não siêu máy tính” cùng vô số động cơ mạnh mẽ. Hệ quả là robot ngày càng nặng nề, càng khát năng lượng – tức lại đào sâu chính vấn đề mà ngành đang muốn giải quyết. AI có thể phát triển với tốc độ chóng mặt, nhưng nếu cơ thể không thay đổi, giá trị thu về sẽ ngày càng ít đi.
Optimus của Tesla có thể gấp áo phông – nhưng chính màn trình diễn ấy lại phơi bày điểm yếu. Con người có thể gấp áo gần như không cần nhìn, chỉ dựa vào cảm giác xúc giác để định hình vải. Trong khi đó, Optimus với đôi bàn tay cứng nhắc, thiếu cảm biến, buộc phải dựa hoàn toàn vào thị giác và bộ não AI để tính toán từng cử động nhỏ. Chỉ cần gặp một chiếc áo nhăn trên giường, robot có thể… bó tay.
Tương tự, Atlas chạy điện mới của Boston Dynamics có thể nhào lộn với độ linh hoạt “ngoài hành tinh”. Nhưng đằng sau những video gây bão mạng, có nhiều việc nó vẫn không thể làm. Nó không thể bước vững trên phiến đá phủ rêu vì bàn chân không “cảm” được địa hình để thích ứng. Nó không thể len qua bụi rậm vì cơ thể không có khả năng mềm dẻo rồi bật lại.
Đây là lý do mà sau hàng chục năm, phần lớn robot hình người vẫn chỉ dừng ở vai trò nền tảng nghiên cứu, chứ chưa trở thành sản phẩm thương mại phổ biến.
Một nguyên nhân dễ thấy: Các tập đoàn robot hàng đầu hiện nay vốn là công ty phần mềm và AI. Thế mạnh của họ nằm ở xử lý bằng tính toán, còn chuỗi cung ứng toàn cầu của họ cũng tối ưu cho động cơ, cảm biến và vi xử lý.
Trong khi đó, để chế tạo “cơ thể thông minh”, robot cần một hệ sinh thái sản xuất hoàn toàn khác – gắn với vật liệu tiên tiến, khoa học sinh học và cơ học – vốn chưa đủ trưởng thành để triển khai ở quy mô công nghiệp.
Thêm vào đó, khi một robot đã có ngoại hình bắt mắt và biểu diễn được vài động tác ấn tượng, người ta dễ tin rằng chỉ cần nâng cấp phần mềm là đủ, thay vì dấn thân vào công việc khó nhằn: Tái thiết kế cơ thể và cả chuỗi sản xuất phía sau.
Cơ thể tự động – con đường mới
Thách thức này chính là trọng tâm của nghiên cứu về “trí tuệ cơ học” (mechanical intelligence – MI), được nhiều nhóm học giả trên thế giới theo đuổi.
MI bắt nguồn từ quan sát rằng tự nhiên đã hoàn thiện những “cơ thể thông minh” từ hàng triệu năm trước, dựa trên nguyên lý gọi là “tính toán hình thái” (morphological computation) – tức là bản thân cơ thể có thể tự xử lý, tính toán một cách thụ động.
Quả thông mở vảy khi khô để phát tán hạt, đóng lại khi ẩm để bảo vệ – phản ứng hoàn toàn cơ học, không cần não, không cần động cơ.
Gân chân thỏ rừng hoạt động như chiếc lò xo thông minh: hấp thụ lực khi chân chạm đất rồi trả lại năng lượng, giúp dáng chạy ổn định, tiết kiệm công sức mà cơ bắp không cần gắng sức quá nhiều.
Bàn tay con người cũng vậy. Lớp thịt mềm giúp tự động ôm vừa vặn bất kỳ vật thể nào. Đầu ngón tay điều tiết độ ẩm để đạt ma sát lý tưởng. Nếu Optimus có những đặc tính này, nó sẽ cầm nắm chỉ với một phần nhỏ năng lượng và lực – khi ấy, chính làn da đã trở thành “bộ não”.
MI hướng đến việc thiết kế cấu trúc vật lý sao cho robot có thể thích nghi thụ động, phản ứng tức thì với môi trường mà không cần cảm biến, vi xử lý hay tiêu hao năng lượng bổ sung.
Giải pháp cho “cái bẫy robot hình người” không phải là từ bỏ, mà là xây dựng lại cơ thể theo triết lý khác. Khi thân xác robot đủ thông minh, bộ não AI mới có thể tập trung vào điều nó làm tốt nhất: chiến lược cấp cao, học hỏi và tương tác ý nghĩa hơn với thế giới.
Thực tế, nhiều nghiên cứu đã chứng minh giá trị của MI. Ví dụ, robot với đôi chân lò xo mô phỏng gân báo đốm có thể chạy với hiệu quả ấn tượng. Nhóm của Hamed Rajabi đang phát triển khớp lai – vừa cứng cáp, chính xác, vừa mềm dẻo, hấp thụ lực – mở ra khả năng tạo ra vai hoặc đầu gối chuyển động gần như con người, với nhiều bậc tự do, tái hiện dáng đi, dáng đứng tự nhiên.
Ngành robot sẽ không phải là cuộc đấu giữa phần cứng và phần mềm, mà là sự hòa quyện của cả hai. Bằng cách áp dụng triết lý MI, chúng ta có thể tạo ra thế hệ robot mới, đủ sức bước ra khỏi phòng thí nghiệm và thực sự bước vào đời sống thường nhật.